5 DIE ZUSAMMENSETZUNG DER ERDE UND IHRER ATMOSPHÄRE SOWIE DIE DORT ABLAUFENDEN PROZESSE PRÄGEN DIE ERDOBERFLÄCHE UND DAS KLIMA

Kryosphäre, Lithosphäre und Biosphäre

In der Kryosphäre finden wir alles Eis und Schnee auf der Erdoberfläche, Gletscher, Schneeschichten und Permafrost (d. h. dauerhaft gefrorener Boden). Wie bereits erwähnt, kann Schnee große Mengen Sonnenlicht abprallen lassen (hohe Albedo).

Lithosphäre

Die Lithosphäre repräsentiert den oberen Teil der Erdkruste. Wir schließen hier die Landoberfläche, aber auch den Meeresboden ein. Es gibt erhebliche Unterschiede zwischen Ozean- und Kontinentalkruste, insbesondere in Bezug auf Dicke und Zusammensetzung. Das Festland hat eine Krustendicke von etwa 35 km und besteht aus drei Schichten. Die untere Schicht besteht meistens aus Basalt, die mittlere aus Granit und umgewandeltem Gestein, die obere Schicht bilden Sedimente. Die ozeanische Kruste ist im Vergleich zum Festland dünner – ungefähr 5-10 km. In der Zusammensetzung besteht sie aus ähnlichen Schichten wie die Landschichten, mit Ausnahme der Granitschicht.

Die verschiedenen Gesteinsschichten enthalten verschiedene Fossilien (der Schlüssel zur Datierung der geologischen Vergangenheit). Fossilien bestehen aus den Überresten von Tieren oder Pflanzen, die in der vorherigen geologischen Periode lebten. Fossilien liefern somit Informationen zum relativen und absoluten Alter von Gesteinen sowie zu Spuren vergangener geologischer Ereignisse, zum Klima und zur Entwicklung der Erde. Gesteine sind natürlich vorkommende Aggregate, die aus einem oder mehreren Mineralien bestehen. Sie bestehen aus Material, das sich seit ihrer Entstehung auf der Erde befindet, mit Ausnahme von Meteoritenmaterial. Im Prozess der Gesteinsbildung können wir über den Gesteinszyklus sprechen, der die Veränderungen im Laufe der Zeit veranschaulicht (ein Zyklus kann Millionen von Jahren dauern).

In diesem Zyklus werden Gesteine durch verschiedene Prozesse umgewandelt, die an zwei Orten stattfinden – an oder in der Nähe der Erdoberfläche (Verwitterung, Erosion und Ablagerung) und tief unter der Erdoberfläche (Schmelzen, Überdruck, Hochtemperatur).

Abbildun 47: Gesteinszyklus
(Quelle: http://creation.com/the-rock-cycle)

Gesteinszyklus

Dieses Diagramm zeigt einen Gesteinszyklus. Ein metamorphes Gestein wandelt sich nach dem Erwärmen (bis zum Schmelzpunkt) in Magma um. Wenn es zu einer Umgebung käme, in der es allmählich abkühlen und allmählich kristallisieren würde, würde es ein magmatisches Gestein bilden. Um zu einem Sedimentgestein zu werden, muss es mehrere Prozesse durchlaufen, wie Verwitterung und Erosion, die es in kleinere Stücke zu Trümmern zersetzen. Wenn sich dieses Sediment geologisch verfestigt, wird zu einem festen Felsen (dem sogenannten Sedimentgestein). Mit der Zeit und unter Einwirkung von Wärme und Druck wird daraus metamorphes Gestein. Direkte Pfeile innerhalb eines Gesteinszyklusdiagramms zeigen an, dass jede Gesteinsart durch verschiedene Prozesse in jede andere Gesteinsart umgewandelt werden kann.

Es gibt verschiedene Prozesse auf der Erdoberfläche, die in äußere (über der Erdoberfläche wirkende) und innere (unter der Erdoberfläche wirkende) Prozesse unterteilt sind.

Äußere Prozesse

Unter den äußeren Prozessen finden wir:

1. Wetterbedingungen: Zerfall von Gesteinen in kleinere Stücke (hilft bei der Erdbodenbildung):

  • Physikalische Verwitterung– das Gestein zerfällt durch physikalische Einwirkungen in kleinere Fragmente, z. B. wenn das Wasser in Risse in den Felsen eindringt und dort gefriert. Bei der Verfestigung von Wasser vergrößert das Wasser sein Volumen, wodurch das Gestein bricht.
Abbildung 48: Physikalische Verwitterung
(Quelle:http://www.geo.fuberlin.de/en/v/geolearning/mountain_building/weathering/Erosion3/index.html)
  • Chemische Verwitterung– Zersetzung von Gesteinen, verursacht durch Änderungen in ihrer chemischen Zusammensetzung. Änderungen treten auf, wenn das Gestein Luft oder Wasser ausgesetzt ist. Z. B. Regenwasser bildet zusammen mit Kohlendioxid eine schwache Säure, die bestimmte Mineralien im Gestein auflöst.

2. Erosion: ein Prozess, der Gesteinsmaterial an der Erdoberfläche abträgt:

  • Gravitation und Wasser– Gravitation bewirkt, dass Wasser aus dem Hang fließt. Fließendes Wasser erodiert die Oberfläche, durch die es fließt.
  • Gletscher- schmilzt und trägt Steine ab.
  • Wind– Wind bricht die Erdbodenoberfläche auf und trägt dann Partikel, die sich an anderer Stelle ablagern, ab.

Innere Prozesse

Die internen Prozesse, die unter der Erdoberfläche ablaufen, bilden z. B.:

  • Faltengebirge– entsteht durch Platten, die Druck aufeinander ausüben. Durch Kräfte in der Erdkruste werden die Platten nach oben gedrückt oder bewegen sich aufeinander zu und ihre Struktur verformt sich somit. Auf diese Weise bilden sich Gebirgsketten. Bruchschollengebirge entstehen, wenn die Kräfte in der Erdkruste einzelne Bruchschollen herausheben. Die Bruchlängen können einige Meter bis zu mehreren hundert Kilometern betragen. Komplexe, die durch einen Bruch getrennt werden, werden Blöcke genannt.
Abbildung 49: Faltung und Brüche  
(Quelle:http://web.gccaz.edu/~lnewman/gph111/
topic_units/fold_fault_eq/fold_fault_eq2.html; http://geol.jex.cz/menu/geologicke-struktury)
  • Erdbeben– verursacht durch starke Vibrationen, wenn Felsblöcke in einen tektonischen Bruch versetzt werden.
  • Vulkane– in einfachen Worten sind sie Löcher in der Erdkruste, durch die die Lava aus dem Untergrund fließt. Lava wird abgekühlt, um ein festes Gestein zu bilden.

Zusammensetzung des Erdbodens

Der Erdboden liegt zwischen der Oberfläche und dem Muttergestein. Er ist in Schichten mit spezifischen physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften unterteilt. Der Erdboden besteht aus mehreren Komponenten. Etwa 50% des Volumens entfällt auf Poren, die Bodenluft und Bodenlösung (Wasser) enthalten und 50% auf mineralische und organische Stoffe.

Der Mineralanteil beträgt 95-99% der festen Bodenkomponente. Hingegen, der organische Anteil beträgt nur 1-5%.

Der Mineralgehalt des Erdbodens kennzeichnet die mineralogische, chemische und Kernzusammensetzung des Bodens. Der organische Anteil des Erdbodens besteht auslebenden organischen Substanzen (z. B. Wurzeln von Vegetationspflanzen) und leblosen organischen Substanzen (Humus, abgestorbene Pflanzenreste, Tiere).

Abbildung 50: Zusammensetzung des Erdbodens

Bode arten

Der Boden wird durch den prozentualen Anteil der einzelnen Kornfraktionen in sogenannte Bodenarten unterteilt. Hierfür gibt es mehrere nationale und internationale Klassifikationen. Insbesondere im slowakischen Umfeld wird eine Klassifizierung von Nováková verwendet, die den Boden in 7 Arten nach dem Grobtongehalt (Anteil unter 0,01 mm) klassifiziert (Darstellung von Bodenarten, 2017):

Kernkategorien

Partikelgehalt <0,01 mm

Darstellung in %

Erdboden leicht

– Sand (0 – 10%)
– Lehm-Sand (10 – 20 %)

 6,4

Erdboden mittleres Gewicht

– Sand-Lehm (20 – 30 %)
– Lehm (30 – 45 %)

 73,2
Erdboden schwer
 – Klei-Lehm (45 – 60 %)

17,1

Erdboden sehr schwer

– Keil (60 – 75 %)
– Tone (75 > %)

3,3
  • Leichte Böden– Tongehalt bis zu 20%. Dieser wird als Sandboden bezeichnet. Sie können sehr schnell heizen, aber auch an der Oberfläche abkühlen. Oberflächen werden schnell erhitzt und gekühlt. Unter dem Gesichtspunkt der Permeabilität betrachten wir sie als die durchlässigsten Böden (siehe folgende Tabelle). Sie trocknen sehr schnell und es wird weniger Humus gebildet.
  • Mittelschwere Böden - Tongehalt von 20 bis 45 %. Dieser Bodentyp bietet die am besten geeigneten Bedingungen für das Wachstum der meisten Pflanzen. Wasser wird sehr leicht durchgelassen.
  • Schwere Böden- Tonanteil beträgt mehr als 45%. Diese Art von Erdboden gilt als am wenigsten durchlässig.

Abbildung 51: Erdböden in Bezug auf die Wasserdurchlässigkeit
(Quelle: http://api.ning.com/files/TJcsUspNfmNhz7VtXqRQtu3j0RBGJL3QpV9ByTzm9g8EBKTkA--goiDkNiYKaStcuVheE5rBhBVwWcP6veFopRReghXOQ0VT/Kategoriepodyaichcharakteristikazhladiskavodopriepustnosti.pdf)

Die Lithosphäre ist eng mit der Biosphäre verbunden, die alle lebenden Organismen umfasst. Die Vegetation verhindert die Reflexion großer Mengen Sonnenlichts (niedrige Albedo). Außerdem beeinflusst sie durch Photosynthese den Austausch von Gasen zwischen der Oberfläche und der Atmosphäre und beeinflusst die Verdampfung von Wasser.